CN1225513C

CN1225513C - 采用脉石英制备超细高纯石英材料的方法

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Publication number: CN1225513C
Application number: CN 200410014058
Authority: CN
Inventors: 张明; 唐靖炎; 王学群
Original assignee: SUZHOU SINO-MATERIALS NON-METALLIC MINERALS INDUSTRY DESIGN AND RESEARCH INSTITU
Current assignee: SUZHOU SINO-MATERIALS NON-METALLIC MINERALS INDUSTRY DESIGN AND RESEARCH INSTITU
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: CN1557881A

Abstract

本发明涉及超细高纯石英材料的制备方法，其工艺为：采用国产优质脉石英矿(SiO₂≥99%)为原料，经粗碎、静电选法去杂、超细粉碎、高梯度磁选法去杂、微波处理、络合法去杂以及后处理等工序生产电子级和微电子级超细高纯石英新材料，其制备工艺采用静电选法、高梯度磁选法、微波处理和络合法等先进技术去除杂质，该方法使SiO₂含量达99.99-99.999%，杂质含量＜100ppm，粒度800-2500目，符合电子级、微电子级使用要求，产品以其优异的性能应用于电子元件、微电子元件及集成电路的高档塑封材料等。

Description

采用脉石英制备超细高纯石英材料的方法

技术领域

本发明涉及一种超细高纯石英材料的制备方法，具体涉及一种以脉石英为原料制备超细高纯石英材料的方法。该超细高纯石英材料应用于电子元件、微电子元件及集成电路的高档塑封材料等领域。

背景技术

超细高纯石英粉具备优良的化学物理特性，熔点在1715℃，α-β的结构转换温度为573℃，无解理，具有具壳状断口，具有极好的化学稳定性、高绝缘耐压能力，击穿电压32-34KV/mm，低热膨胀，作为优质填充料应用于集成电路、微电子产品、塑封材料等。

随着光纤工业、电子工业、微电子工业等高新技术产业迅猛发展，对超细高纯石英材料的要求越来越高，需求量也越来越大。传统工业一般采用优质天然水晶作为原料来加工高纯石英产品，但优质天然水晶资源缺乏，而且成本高。我国石英岩类矿产资源极其丰富，这类矿物以往一般只能当作硅原料，应用于玻璃工业、建材工业、化学工业等传统产业。但曾有过采用优质天然石英矿料作原料制备石英微粉，其工艺流程为：原料(水晶体、脉石英)→粗碎→中碎→酸洗→水洗→干燥→干法超细粉碎→分级→产品。由于脉石英成矿时有多种杂质矿物伴生，而且品种因成矿环境而异，一般主要杂质矿物有长石类、云母类、粘土类、碳酸盐类等，其余含少量磁铁矿、褐铁矿、钛铁矿、黄铁矿、赤铁矿、锆英石、磷灰石等。因此，采用这种方法生产的缺点是：1、SiO₂含量为99.0％-99.6％，白度90左右，电导率5-40μs·m，产品精度低，质量差，难以满足高精电子、微电子产品的需要，要想进一步提高石英材料纯度技术上难度较大。2、酸洗作业的洗涤内水易造成环境污染。3、整个生产流程对产品质量稳定性控制差，产品质量不稳定。

本发明的目的是提供一种采用国产优质脉石英为原料制备超细高纯石英材料的新方法。

发明内容

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采用脉石英制备超细高纯石英材料的方法，其内容为：采用脉石英为原料，按下列步骤进行制备：

(1)、对原料矿物进行粉碎，使伴生矿物与石英解离，并符合静电选工艺对入选料粒度要求；

(2)、采用静电选法对粉碎后的物料进行物理除杂，去除物料中长石类、云母类杂质；

(3)、对静电除杂后的物料进行超细粉碎，粉碎粒度为800～2500目；

(4)、采用高梯度磁选法对超细粉碎后的物料进行物理除杂，去除磁铁矿、钛铁矿类强磁和弱磁性矿物；

(5)、采用微波对高梯度磁选后的物料进行处理，激活金属类杂质离子，提高杂质离子活性；

(6)、采用络合法对微波处理后的物料进行化学除杂，其中，络合剂与金属离子进行络合反应，生成溶于水的络合化合物，然后通过固、液分离方法去除粘土矿物、碳酸盐、金属氧化物等残留杂质；

(7)、对分离后的固体物料进行后处理得成品。

上述技术方案的有关内容解释如下：

1、脉石英矿物中主要成份为脉石英，这种石英是一种结晶石英(而熔融石英为非结晶石英)。

2、为了使上述第一步粗碎的效果更好，在粉碎前先对原料矿物进行高温煅烧，然后水淬，接着进行粉碎。所述静电选工艺对入选料粒度要求一般情况下为40～160目。

3、上述第三步超细粉碎采用干法和湿法两种工艺，干法粉碎采用气流磨，湿法粉碎采用超细同质介质磨。

4、在上述第三步超细粉碎后，接着对物料进行分级处理。

5、上述第二步中，所述静电选是根据不同矿物电性差异，在高压电场中实行分离的方法。

6、上述第四步中，所述高梯度磁选是在不均匀的高磁场强度(1-2特斯拉)磁场中，利用矿物之间的磁性差异使不同矿物实现分选的方法。对于本发明原料矿物而言，石英属非磁性矿物；伴生的磁铁矿、磁黄铁矿、磁赤铁矿属于强磁性矿物；伴生的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、钛铁矿、络铁矿、云母、独居石、绿泥石属弱磁性矿物。

7、微波是一种高频率的电磁波(每秒24亿543磁的超高频率微波)，上述第五步中，所述微波处理是利用微波的穿透性和吸收性，使石英晶体、缝隙间的金属离子，快速振荡、离位、活性提高，便于下一步络合处理，作为络合处理的予处理技术。

8、上述第六步中，所述络合处理是采用络合剂如草酸、柠檬酸及其钠盐、HF、EDTA-钠盐、与石英中的铁、钠、铅、钙、镁等离子进行络合，生成溶于水的稳定络合物。

9、上述第七步后处理主要为水洗和烘干两步，其中，水洗工序是采用去离子水洗涤固体物料，以降低物料的导电率。

本发明工作原理是：采用先进的技术去除杂质提纯和超细粉碎，超细粉碎将采用干法和湿法超细粉碎设备，干法粉碎采用气流磨，湿法粉碎采用超细同质介质磨。去除杂质采用静电选法去除云母类、长石类矿物；采用高梯度磁选机去除磁铁矿、钛铁矿类强磁和弱磁性矿物：采用微波处理和络合法去除粘土矿物、碳酸盐、金属氧化物等残留杂质，使产品达到超细高纯的效果。归纳起来，其关键技术内容为：

①、静电选法去除云母类、长石类杂质技术；

②、微波处理激活杂质离子，提高杂质离子活性；

③、络合法去除微波处理激活的杂质离子；

④、高梯度磁选法去除磁铁矿、钛铁矿类磁性杂质矿物；

⑤、超细粉碎技术；

⑥、去离子水洗涤降低导电率技术。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明采用国产优质脉石英矿为原料，研发生产电子级和微电子级超细高纯石英新材料，其制备工艺采用静电选法、高梯度磁选法、微波处理和络合法等先进技术去除杂质，使SiO2含量达99.99-99.999％，杂质含量＜100ppm，粒度800-2500目，符合电子级、微电子级使用要求，产品以其优异的性能应用于电子元件、微电子元件及集成电路的高档塑封材料等。

2、本发明用脉石英矿制备高纯石英产品，可大幅度提高石英产品的附加值，而且原料提供方便，价格便宜，可替代进口，适应我国电子工业和微电子工业发展的需求。

3、本发明用优质脉石英矿料作原料，相对天然水晶来说，资源丰富，且成本低。

4、本发明在去杂提纯中采用静电选法在高压电场中，利用石英与杂质矿物(云母、长石、金属氧化物等)电性能指标的差异，实现石英与杂质矿物的分离，其效果显著，为去除长石类、云母类杂质起到了关键作用。

5、本发明采用先进的微波处理技术激活金属类杂质离子，提高杂质离子的活性，使晶格中的杂质离子离位，便于去除。然后用络合剂如草酸、柠檬酸或有机络合剂等与金属离子进行络合，生成溶于水的络合化合物，通过固液分离达到去除这类杂质的目的。另外，本方法不产生任何环境污染问题。

综上所述，本发明技术特点是：①、原料资源丰富；②、产品质量指标高，档次高；③、除杂技术效率高，有针对性，易于控制；④、无环境污染问题；⑤、工艺流程结构合理，可保证产品的质量稳定性。

附图说明

附图1为实施例一的工艺流程图；

附图2为实施例二的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：一种采用脉石英制备超细高纯石英材料的方法，采用脉石英为原料，其工艺流程参见附图1所示；

具体说明如下：

1、原矿：采用江西上饶西坑石英矿提供的脉石英(块矿最大尺寸≤10cm)，SiO₂含量为99.5～99.8％，杂质含量为0.5～0.2％。

2、破碎：采用颚式破碎机和对棍破碎机。颚式破碎机鄂板及对辊破碎机的辊用高密度陶瓷制程，破碎产品粒度为40-80目；

3、静电选：采用静电选矿机，电压15～25千伏，精矿产率88～93％，产品SiO₂≥99.8％，铝、铁杂质含量分别除至60ppm和100ppm以下。

4、超细粉碎：采用气流磨和分级机将石英矿(40～80目)粉碎至800目～1250目。

5、高梯度磁选：采用SHP-500型高梯度湿式磁选机，磁场强度1.5-1.9特斯拉，磁选产品的铁含量分别除至10ppm以下。

6、微波处理：微波处理机额定微波频率为2450MHz。

7、络合处理及水洗：采用草酸作为络合剂，添加量30g/L，经络合处理后产品再经去离子水水洗后，杂质总量降至100ppm以下。去离子水用量与产品之比为10∶1。

8、烘干：采用QG型气流干燥机进行干燥，该设备无任何污染，产品水分≤1％。

9、产品主要质量指标分析：

①、SiO₂≥99.98％，Fe 3ppm，Al 20ppm，Ti 1ppm，K 5ppm，Na 6ppm，Cr 6ppm，Mg 3ppm。

②、粒度-10μm含量≥90％。

③、水萃取液电导率：1μs·m。

实施例二：一种采用脉石英制备超细高纯石英材料的方法，采用脉石英为原料，其工艺流程参见附图2所示；

具体说明如下：

1、原矿：采用山东莱芜脉石英为原料(SiO₂99.1-99.5％；杂质含量0.5-0.9％)

2、高温煅烧：对原矿进行高温煅烧，煅烧温度600-800℃，时间1-2小时。

3、水淬：将高温煅烧后的块料用冷水浸湿。

4、粗碎：对原料矿物进行粉碎，使伴生矿物与石英解离，粒度为60～100目。

5、静电选：采用静电选法对粉碎后的物料进行物理除杂，去除物料中长石类、云母类杂质。

6、超细粉碎：对静电除杂后的物料进行超细粉碎，超细粉碎先后采用干法和湿法两道工序，干法粉碎采用气流磨，湿法粉碎采用超细同质介质磨，粉碎粒度为1250-2500目。

7、分级：对超细粉碎后的物料进行分级处理。

8、高梯度磁选：采用高梯度磁选法对物料进行物理除杂，去除磁铁矿、钛铁矿类强磁和弱磁性矿物。

9、微波处理：采用微波对物料进行处理，激活金属类杂质离子，提高杂质离子活性。

10、络合处理：采用柠檬酸作为络合剂与物料进行络合反应，络合剂与金属离子络合，生成溶于水的络合化合物，然后通过固、液分离方法去除粘土矿物、碳酸盐、金属氧化物等残留杂质。

11、水洗：采用去离子水洗涤固体物料，以降低物料的导电率。

12、烘干：用QG型气流干燥机烘干，干燥温度150-220℃，产品水分≤0.5％。

13、产品主要质量指标分析：

①、SiO₂≥99.99％，Fe 3ppm，Al 10ppm，Ti 0.5ppm，K 2ppm，Na 3ppm，Cr 2ppm，Mg 4ppm。

②、水萃取液电导率：1μs·m

Claims

1、一种采用脉石英制备超细高纯石英材料的方法，其特征在于：采用脉石英为原料，按下列步骤进行制备：

(4)、采用高梯度磁选法对超细粉碎后的物料进行物理除杂，去除强磁和弱磁性矿物；

(6)、采用络合法对微波处理后的物料进行化学除杂，其中，络合剂与金属离子进行络合反应，生成溶于水的络合化合物，然后通过固、液分离方法去除粘土矿物、碳酸盐、金属氧化物残留杂质；

(7)、对分离后的固体物料进行后处理得成品。

2、根据权利要求1所述的制备超细高纯石英材料的方法，其特征在于：上述第一步粉碎处理前，先对原料矿物进行高温煅烧，然后水淬。

3、根据权利要求1所述的制备超细高纯石英材料的方法，其特征在于：上述第三步超细粉碎先后采用干法和湿法两道工序，干法粉碎采用气流磨，湿法粉碎采用超细同质介质磨。

4、根据权利要求1所述的制备超细高纯石英材料的方法，其特征在于：上述第三步超细粉碎后，接着对物料进行分级处理。

5、根据权利要求1所述的制备超细高纯石英材料的方法，其特征在于：上述第七步后处理中，包含水洗工序，该水洗工序是采用去离子水洗涤固体物料，以降低物料的导电率。